Demand response and electricity use optimization for battery chemical plants

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-08-22
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
67+2
Series
Abstract
The electricity system is currently in transition towards a more sustainable system – a greater share of electricity will be produced by nuclear and wind power in the future. This transition requires flexibility from other sources, that can be achieved for example from demand response. Even though demand response has somewhat been implemented in industry, information available on the topic is scarce. Thus, this thesis aimed to investigate the opportunities and principles of demand response and the mechanisms of demand response in large industrial projects. Additionally, concrete solutions for demand response utilization were devised. To achieve these aims, the background and principles of battery chemical plants and demand response were investigated, demand response service providers were interviewed and the Finnish electricity system was analyzed. Additionally, two battery chemical plants were examined as reference cases. Demand response was found to have several advantages for industrial projects, as it can bring economic benefits and mitigate the effects of volatile electricity prices. However, it does not have a noticeable effect on the carbon emissions from plant electricity use. For the electricity system in whole, demand response supports the transition to a greener electricity system. The possibilities of demand response participation were found to be extremely dependant on the industrial process in question – the technical de-tails of the process influence the demand response potential, available loads, plant scheduling and potential market participation. The plants examined in the thesis showed preliminary potential for demand response participation and this opportunity should be considered already in the design phase of the plants. However, the preliminary results should be confirmed by investigating the equipment and processes further.

Sähköjärjestelmässä on käynnissä murros – tulevaisuuden sähköjärjestelmässä yhä suurempi osa sähköstä tuotetaan fossiilittomilla energianlähteillä, kuten ydin- ja tuulivoimalla. Perinteisen sähköntuotannon määrän vähentyessä, järjestelmään tarvitaan joustavuutta muualta. Yksi tapa tuottaa tätä joustoa on kysyntäjousto. Teollisuus on osallistunut jonkin verran kysyntäjoustoon, mutta tietoa tästä on saatavilla vain vähän. Tämä diplomityö pyrkiikin selvittämään kysynnän jouston mahdollisuuksia ja periaatteita, sekä sen mekanismeja suurissa teollisuushankkeissa. Näiden lisäksi työ pyrkii kehittämään konkreettisia ratkaisuja kysynnän jouston hyödyntämiselle. Tavoitteiden saavuttamiseksi työssä selvitettiin akkukemikaalitehtaiden ja kysynnän jouston taustaa ja periaatteita, haastateltiin kysyntäjoustopalveluita tarjoavia yrityksiä sekä analysoitiin Suomen sähköjärjestelmää. Lisäksi esimerkkikohteina käytettiin kahta akkukemikaalitehdasta. Kysyntäjoustolla havaittiin olevan hyötyä teollisuushankkeille, sillä se voi esimerkiksi tuoda taloudellisia hyötyjä ja vähentää sähkön hintojen vaihtelun vaikutusta. Sen sijaan kysyntäjoustolla ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta sähkön käytöstä johtuviin hiilidioksidipäästöihin. Sähköjärjestelmän kannalta kysyntäjousto havaittiin hyödylliseksi, sillä se tukee uusiutuvien energianlähteiden liittämistä järjestelmään. Kysyntäjoustoon osallistumisen havaittiin olevan myös erittäin riippuvaista joustoon osallistuvasta teollisuusprosessista – prosessin tekniset yksityiskohdat vaikuttavat muun muassa kysyntäjoustopotentiaaliin, saatavilla oleviin kuormiin, tuotannon aikataulutukseen sekä markkinoihin, joihin kysyntäjoistolla on mahdollista osallistua. Tarkastelluissa tehtaissa vaikutti olevan kysyntäjoustoon soveltuvia kohteita, jotka voisi huomioida tehtaiden suunnittelussa. Alustavat tulokset tulisi kuitenkin vahvistaa tarkastelemalla laitteita ja prosesseja tarkemmin.
Description
Supervisor
Santasalo-Aarnio, Annukka
Thesis advisor
Kallio, Ruusu
Elomaa, Teemu
Keywords
demand response, industrial demand response, battery chemical production, electricity use optimization, electricity markets, sustainable electricity system
Other note
Citation